原標題：難以捉摸的中型黑洞真實存在嗎？哈勃發現了它現身的最佳證據

這張圖片描述了正在進行的“宇宙兇殺事件”。一個數萬倍於太陽質量的黑洞，用它強烈的引力撕碎了一顆倔強的恆星，留下的殘骸在黑洞周圍形成吸積盤。來自過熱氣體盤的X射線則向天文學家發出了警報信號，告知他們這個黑洞兇手的位置，若非如此，它會一直潛伏在黑暗之中。這種難以捕捉的天體被歸類爲中等質量黑洞，因爲它的質量遠小於居於星系中心的怪物黑洞。中等質量黑洞大多是不活躍的，因爲它們所吸收的物質並不多，而且很難被觀測到。哈勃觀測數據提供的證據表明，中等質量黑洞駐紮在密集的星團中，而這種星團本身可能剝離自矮星系核。

圖片來源：NASA、ESA和D. Player（空間望遠鏡科學研究所）

宇宙中的黑洞就像是無情的殺手，而其中有一種名爲中等質量黑洞（Intermediate-mass black hole，IMBH），質量介於恆星級黑洞（Stellar black hole）和超大質量黑洞（Supermassive black hole）之間，一直難以被望遠鏡捕捉到，彷彿是一個模糊的黑影殺手。而最近，天文學家找到了中等質量黑洞存在的最佳證據：在撕裂吞噬一顆近距離的恆星時，它暴露了自己的真身。

中等質量黑洞的質量約爲太陽質量的50000倍，遠小於處在大星系核心的超大質量黑洞（數百萬或數十億倍太陽質量），但又大於由大質量恆星坍塌而成的恆星級黑洞。

在黑洞演變的過程中，中等質量黑洞是一個天文學家一直以來都在尋覓的“缺失環節”。儘管目前爲止已經有其他可能是中等質量黑洞的超亮X射線源，但研究人員認爲，這次的新發現是迄今爲止宇宙中此類黑洞存在的最有力證據。

在結合了兩個X射線天文臺強大的觀測力以及美國航空航天局（NASA）哈勃空間望遠鏡（Hubble Space Telescope）敏銳的視野之後，這名宇宙暗影殺手終於現出了原形。

中等質量黑洞一直難以被我們捕捉到，而最近，天文學家找到了這種黑洞存在的最佳證據：在撕裂吞噬一顆近距離的恆星時，它暴露了自己的真身。這一新發現激動人心，打開了更多發現的大門，提高了我們在黑暗中瞥見潛伏黑洞的可能性，待恆星近距離飛越之際，就是它們現真身之時。

視頻來源：NASA戈達德航天飛行中心

字幕製作：哇喳

“要找到中等質量黑洞其實是非常難的，因此，仔細斟酌並排除每個可能黑洞的替代解釋尤爲重要。這就是利用哈勃我們對這次新黑洞候選者所做的事。”新罕布什爾大學（University of New Hampshire）的研究助理教授林大成（音譯，Dacheng Lin）說道。林大成是這項研究的首席研究員，相關結果發表在2020年3月31日的《天體物理學雜誌快報》（Astrophysical Journal Letters）上。

尋找中等質量黑洞的故事就像是夏洛克•福爾摩斯（Sherlock Holmes）的偵探小說，涉及了抓捕罪犯所必需的細緻分步案例構建。

利用哈勃望遠鏡，林大成團隊追蹤了NASA錢德拉X射線天文臺（Chandra X-ray Observatory）和歐洲空間局（European Space Agency，ESA）X射線多鏡空間望遠鏡（X-ray Multi-Mirror Mission，XMM-Newton，又稱X射線多鏡面任務牛頓衛星）發現的線索。2006年，這些衛星探測到了一處強大的X射線耀斑（X-ray flare），但無法確定它是否起源於我們的銀河系內部。研究人員認爲，這一X射線耀斑是由一顆恆星過於靠近強引力、大密度天體（如黑洞）被撕裂時所產生的。

圖片來源：NASA、ESA以及林大成（新罕布什爾大學）

中等質量黑洞非常難被發現，因爲它們的質量遠小於超大質量黑洞，活動性也很低；它們沒有現成燃燒物質來源、沒有強大的引力來吸引恆星，也沒有其他會產生X射線的宇宙材料。本質上來說，天文學家必須在某顆恆星飛越的過程中當場捕捉中等質量黑洞。林大成和同事對XMM-牛頓衛星的數據檔案進行了梳理，查看了成千上萬的觀測結果，終於找到了一個可能的中等質量黑洞。

飛越的恆星被無情撕碎，進而發射出X射線輻射，這讓天文學家能對黑洞的質量進行估算：大約爲50 000倍太陽質量。藉助X射線的光度（luminosity）和光譜形狀，就能估算出中等質量黑洞的質量。林大成說：“此前對可能是中等質量黑洞的天體質量的估算通常只利用了X射線的光度，這次的計算則可靠得多。我們之所以能夠使用光譜擬合來估算中等質量黑洞的質量，是因爲它的光譜演化表明它處於熱光譜狀態，這是在恆星級黑洞積聚中非常常見也很好理解的一種狀態。”

新發現的這個黑洞並不是第一個被天文學家認爲可能是中等質量黑洞的天體，早在2009年，哈勃與NASA的尼爾•格雷爾斯雨燕天文臺（Neil Gehrels Swift Observatory）和ESA的XMM-牛頓衛星協作，確定了位於星系ESO 243-49邊緣被認爲是中等質量黑洞的一個天體，並命名爲HLX-1。它也位於一個可能剝離自矮星系核的年輕藍色星團中心，而X射線來自黑洞周圍的熱吸積盤（accretion disk）。林大成說：“主要的區別是，我們這次發現的天體正在將一顆恆星撕裂開，有力地證明了它是一個巨大的黑洞，而不是人們對此前中等質量黑洞候選者（包括HLX-1）經常擔心的恆星級黑洞。”

這個中等質量黑洞的成功探尋打開了更多發現的大門，提高了我們在黑暗中瞥見潛伏黑洞的可能性，待恆星近距離飛越之際，就是它們現真身之時。林大成計劃利用團隊證明能成功的方法繼續進行細緻的“偵探”工作。現在而言，還有許多問題等待解答：超大質量黑洞是由中等質量黑洞發展而成的嗎？中等質量黑洞本身是如何形成的？密集的星團是它們最愛的“居住位置”嗎？

哈勃空間望遠鏡是NASA和ESA的一項國際合作項目，由位於馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達德航天飛行中心（Goddard Space Flight Center）負責管理，相關的科學實驗由位於馬里蘭州巴爾的摩的空間望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute，STScI）負責執行，STScI由位於華盛頓特區的大學天文研究協會（Association of Universities for Research in Astronomy）爲NASA運營。

參考來源：

[1]https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/hubble-finds-best-evidence-for-elusive-mid-sized-black-hole